CN111600335A - 一种微型智能电站电路拓扑结构及其能量管理策略 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型智能电站电路拓扑结构及其能量管理策略。所述微型智能电站电路拓扑结构包括包括结构完全相同的三相a、b和c，每相均包含N个混合功率单元和直流母线a8；N个混合功率单元依次连接，所述每相混合功率单元的一个交流输出端连接于一点O，每个混合功率单元的直流输出端与直流母线a8连接，每相第n个混合功率单元的一个交流输出端与第n‑1个混合功率单元的另一个交流输出端连接，每相混合功率单元的交流电压输出端与高压交流电网a9连接。本发明的能量管理策略根据负载和电网的实时需求实现并网/离网运行模式的平滑切换。

Description

一种微型智能电站电路拓扑结构及其能量管理策略

技术领域

本发明属于分布式综合电源控制领域，具体为一种微型智能电站电路拓扑结构及其能量管理策略。

背景技术

分布式综合能源系统，是通过特定拓扑网络和终端电力设备，将发电、储能、用电进行有效、可靠联系的能源系统。随着全球能源互联网概念的提出，各种类型、各种形式、各种规模的分布式综合能源系统正在快速发展。然而，分布式端口智能变压器的电能路由性能很大程度上依赖于端口功率解耦程度以及功率通路灵活度。端口功率突发性变化以及功率就地流动性差都会对分布式端口智能变压器的稳定性和经济性构成很大威胁，这是分布式能源用智能变压器所难以接受的。通常，分布式低压端口是经由各功率单元直流输出端并联来实现，如果要接入分布式能源，不可避免地会受到电压等级的限制，导致必须添加后续电能变换环节，从而增加功率损耗，造成电能传输效率降低，并增加制造成本，对分布式能源互联/并网的经济性造成较大影响。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种微型智能电站电路拓扑结构。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微型智能电站电路拓扑结构，包括结构完全相同的三相a、b和c，每相均包含N个混合功率单元1，...，N和直流母线a8；

N个混合功率单元1，...，N依次连接，所述每相混合功率单元1的一个交流输出端连接于一点O，每个混合功率单元1，...，N的直流输出端与直流母线a8连接，每相第n，n∈[2，N]个混合功率单元的一个交流输出端与第n-1个混合功率单元的另一个交流输出端连接，n∈[2，N]，每相混合功率单元N的交流电压输出端与高压交流电网a9连接。

优选地，每个混合功率单元均包含H桥a1、H桥a5、电解电容C_p1、电解电容C_p2、电解电容C_d1、电解电容C_b1、电解电容C_b2、双有源桥a2、双有源桥a4、双有源桥a6、太阳能光伏板a3和电池a7；

所述H桥a1的正负极分别与电解电容C_p1的正负极、双有源桥a2、双有源桥a4的一个端口连接，所述双有源桥a2的另一个端口分别与电解电容C_p2的正负极、太阳能光伏板a3电压输出端正负极连接，所述双有源桥a4的另一个端口分别与解电容C_d1的正负极、直流母线的正负极连接，所述H桥a1的一个交流输出端与H桥a5的一个交流输出端连接，所述H桥a5的正负极分别与电解电容C_b1的正负极和双有源桥a6的一个端口连接，所述双有源桥a6的另一个端口分别与电解电容C_b2的正负极、电池a7电压输出端正负极连接，H桥a1的另一个交流输出端连接于一点O。

本发明还提供了一种微型智能电站电路拓扑结构的能量管理策略，具体步骤为：

生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号，生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号，计算直流母线电压指令值，生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号，生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号。

优选地，生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

根据电池的荷电状态和电池充电曲线得到电池的充电功率P_ch，将电池的充电功率P_ch和实际功率P_B求差，其差值经过比例积分控制器1后得到太阳能光伏板两端的最优电压增量Δv_mppt，Δv_mppt的下限为0，不设上限；定义Δv_mppt≥0时，封锁逻辑变量LG₃＝1，Δv_mppt<0时，封锁逻辑变量LG₃＝0；根据太阳能光伏板的端电压v_pv、端电流i_pv和封锁逻辑变量LG₃对太阳能光伏板进行最大功率点跟踪后得到太阳能光伏板两端的最优电压v_mppt，如果LG₃＝0，则使能MPPT，如果LG₃＝1，则禁用MPPT，将太阳能光伏板两端的最优电压增量Δv_mppt和最优电压v_mppt相加后得到太阳能光伏板的端电压指令值v_pvref，将太阳能光伏板的端电压指令值v_pvref和实际值v_pv求差，其差值经过比例积分控制器2后得到太阳能光伏板端电流的指令值i_pvfef，将太阳能光伏板端电流的指令值i_pvfef与太阳能光伏板端电流实际值i_pv求差，其差值经过比例积分控制器3后得到双有源桥a2的调制波信号，该信号经过高频调制后得到双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号。

优选地，计算直流母线电压指令值的具体方法为：将太阳能光伏板发电功率P_pv与封锁逻辑变量LG₁经过保持或直通选择环节后的得到P_{pv_}，将P_{pv_}与电池充电功率P_ch相加后的值与负载功率P_ld求差作为并网功率指令值P_diff，将并网功率指令值P_diff与封锁逻辑变量LG₂相乘后得到P_diff·LG₂，将P_diff·LG₂与封锁逻辑变量LG₂送入并网功率限制器后得到ΔV_gref，定义ΔV_gref>0时，封锁逻辑变量LG₄＝0；ΔV_gref＝0时，封锁逻辑变量LG₄＝1；P_diff·LG₂送入电池下垂控制器得到中间变量V₁，将电池最大放电功率P_{bat_m}与电池放电功率P_bat送入电池功率限制器后得到中间变量V₂，将负载功率P_ld经过光伏下垂控制器后得到中间变量ΔV₂，将ΔV₂与ΔV_gref相加所得到值限幅后得到中间变量V₃，将直流母线电压基准值V₀、中间变量V₁、中间变量V₂、中间变量V₃求和后，所得到的值为直流母线电压指令值V_ref；

所述封锁逻辑变量LG₁具体为：当LG₃＝0且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₁＝0；当LG₃＝1且LG₄＝0或LG₃＝0且LG₄＝0或LG₃＝1且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₁＝1；

所述封锁逻辑变量LG₂具体为：当LG₃＝0且LG₄＝0时，封锁逻辑变量LG₂＝1；当LG₃＝0且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₂＝1；当LG₃＝1且LG₄＝0时，封锁逻辑变量LG₂＝0；当LG₃＝1且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₂＝1；

所述保持或直通环节具体为：当LG₁＝0时，P_{pv_}等于实时光伏发电功率P_pv，当LG₁＝1时，P_{pv_}等于上一时刻P_{pv_}的值。

优选地，所述并网功率限制器采用比例积分控制器4，封锁逻辑变量LG₂是比例积分控制器复位信号，当LG₂等于0时比例积分控制器输出复位为0；

所述电池下垂控制器得到中间变量V₁的具体过程为：并网功率指令值P_diff与系数m_bat相乘得到ΔV₁，ΔV₁再与ΔV_pv、ΔV_g两者求和并限幅后得到电池下垂控制器的输出V₁；

所述电池功率限制器采用比例积分控制器5，比例积分控制器的输入信号为电池放电功率差值P_{bat_m}-P_bat，比例积分控制器的输出信号为V₂，V₂的上限为0，不设下限；

所述光伏下垂控制器得到中间变量ΔV₂的具体过程为：负载功率P_ld与系数m_pv相乘、限幅后得到光伏下垂控制器输出ΔV₂。

优选地，生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将输出到高压交流电网a9的有功功率指令值P_gref与有功功率实际值P_g相减，其差值送入比例积分控制器6得到输出信号v_d，将输出到高压交流电网a9的无功功率指令值Q_gref与无功功率实际值Q_g相减，其差值送入比例积分控制器7得到输出信号v_q，v_d、v_q经过dq-ab坐标变换得到每个混合功率单元的H桥a1和H桥a5的调制波信号，该信号经过高频调制后得到H桥a1和H桥a5开关管的驱动脉冲信号。

优选地，生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将直流母线a8的电压指令值V_ref与实际值V_O求差后送入比例积分控制器8得到双有源桥a4的调制波信号分量v_r1，将直流母线a8的功率指令值P₀ ^*与实际值P₀求差后送入比例积分控制器9得到双有源桥a4的调制波信号分量v_r2，将双有源桥a4的调制波信号分量v_r1与v_r2求和后经过高频调制后得到双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号。

优选地，生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将电解电容C_p1的电压v_dc1和C_b1的电压v_dc2的平均值的指令值V_dcref与平均值的实际值(V_dc1+V_dc2)/2求差，其差值经过比例积分控制器10得到电池端口电流参考值i_Bfef，将电池端口电流参考值i_Bref与电池端口电流实际i_B求差，其差值经过比例积分控制器11得到双有源桥a6的调制波信号，该信号经过高频调制后得到双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明光伏储能混合型智能电站既可以辅助配电网调频调压，又能为各类交、直流负载提供高品质电压源；本发明能量管理策略根据负载和电网的实时需求实现并网/离网运行模式的平滑切换；本发明能量管理策略根据既定功率-电压曲线确定各混合功率单元的子单元的负载功率分配，实现以混合功率单元的子单元为控制单位的自主最优功率调度；本发明的微型智能电站能实现高电平的输出，无需工频变压器即可接入中压配电网、使用较小的滤波电感就能保证并网电流的质量；不仅如此，相比较传统光伏电站，本发明的微型智能电站拓扑结构集成了分布式发电、储能和负载端口，其端口类型多、节省功率变换环节，所提分层能量管理策略能实现功率的分布式调度，从而微型光伏储能混合智能电站的功率密度和运行效率均得到了较大提升；本发明所提的混合功率单元的子单元易于模块化扩展，因此可以适用于更高电压等级、更大功率的场合。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是一种微型光伏储能混合智能电站的电路拓扑结构。

图2是生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号的控制框图。

图3是计算直流母线电压指令值的控制框图。

图4是生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号的控制框图。

图5是生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号的控制框图。

图6是生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号的控制框图。

图7是当太阳能光伏板最大发电功率P_{pv_m}为其额定值时，一个混合功率单元的运行点随负载功率增加或减小的变化曲线。

图8是光伏发电最大功率小于其额定值时，一个混合功率单元的运行点随负载功率增加或减小的变化曲线。

图9是混合功率单元电路拓扑结构。

具体实施方式

为了更加清楚地描述本发明的思想，技术方案和优点，具体实施方式通过实施例和附图来表明。显然地，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在未付出创造性劳动前提下所获得到的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种光伏储能混合型智能电站拓扑结构，包括结构完全相同的三相a、b和c，每相均包含N个混合功率单元1，...，N和直流母线a8；

N个混合功率单元1，...，N依次连接，所述每相混合功率单元1的一个交流输出端连接于一点O，每个混合功率单元1，...，N的直流输出端与直流母线a8连接，每相第n，n∈[2，N]个混合功率单元的一个交流输出端与第n-1个混合功率单元的另一个交流输出端连接，n∈[2，N]，每相混合功率单元N的交流电压输出端与高压交流电网a9连接。

如图9所示，进一步实施例中，每个混合功率单元均包含H桥a1、H桥a5、电解电容C_p1、电解电容C_p2、电解电容C_d1、电解电容C_b1、电解电容C_b2、双有源桥a2、双有源桥a4、双有源桥a6、太阳能光伏板a3和电池a7；

所述H桥a1的正负极分别与电解电容C_p1的正负极、双有源桥a2、双有源桥a4的一个端口连接，所述双有源桥a2的另一个端口分别与电解电容C_p2的正负极、太阳能光伏板a3电压输出端正负极连接，所述双有源桥a4的另一个端口分别与解电容C_d1的正负极、直流母线的正负极连接，所述H桥a1的一个交流输出端与H桥a5的一个交流输出端连接，所述H桥a5的正负极分别与电解电容C_b1的正负极和双有源桥a6的一个端口连接，所述双有源桥a6的另一个端口分别与电解电容C_b2的正负极、电池a7电压输出端正负极连接，H桥a1的另一个交流输出端连接于一点O。

本发明的光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管路策略，包括：

生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号，生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号，计算直流母线电压指令值，生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号，生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号。

如图2所示，进一步实施例中，生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

根据电池的荷电状态和电池充电曲线得到电池的充电功率P_ch，将电池的充电功率P_ch和实际功率P_B求差，其差值经过比例积分控制器1后得到太阳能光伏板两端的最优电压增量Δv_mppt，Δv_mppt的下限为0，不设上限；定义Δv_mppt≥0时，封锁逻辑变量LG₃＝1，Δv_mppt<0时，封锁逻辑变量LG₃＝0；根据太阳能光伏板的端电压v_pv、端电流i_pv和封锁逻辑变量LG₃对太阳能光伏板进行最大功率点跟踪后得到太阳能光伏板两端的最优电压v_mppt，如果LG₃＝0，则使能MPPT，如果LG₃＝1，则禁用MPPT，将太阳能光伏板两端的最优电压增量Δv_mppt和最优电压v_mppt相加后得到太阳能光伏板的端电压指令值v_pvref，将太阳能光伏板的端电压指令值v_pvref和实际值v_pv求差，其差值经过比例积分控制器2后得到太阳能光伏板端电流的指令值i_pvfef，将太阳能光伏板端电流的指令值i_pvfef与太阳能光伏板端电流实际值i_pv求差，其差值经过比例积分控制器3后得到双有源桥a2的调制波信号，该信号经过高频调制后得到双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号。

如图3所示，进一步实施例中，计算直流母线电压指令值的具体方法为：将太阳能光伏板发电功率P_pv与封锁逻辑变量LG₁经过保持或直通选择环节后的得到P_{pv_}，将P_{pv_}与电池充电功率P_ch相加后的值与负载功率P_ld求差作为并网功率指令值P_diff，将并网功率指令值P_diff与封锁逻辑变量LG₂相乘后得到P_diff·LG₂，将P_diff·LG₂与封锁逻辑变量LG₂送入并网功率限制器后得到ΔV_gref，定义ΔV_gref>0时，封锁逻辑变量LG₄＝0；ΔV_gref＝0时，封锁逻辑变量LG₄＝1；P_diff·LG₂送入电池下垂控制器得到中间变量V₁，将电池最大放电功率P_{bat_m}与电池放电功率P_bat送入电池功率限制器后得到中间变量V₂，将负载功率P_ld经过光伏下垂控制器后得到中间变量ΔV₂，将ΔV₂与ΔV_gref相加所得到值限幅后得到中间变量V₃，将直流母线电压基准值V₀、中间变量V₁、中间变量V₂、中间变量V₃求和后，所得到的值为直流母线电压指令值V_ref；

所述封锁逻辑变量LG₁具体为：当LG₃＝0且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₁＝0；当LG₃＝1且LG₄＝0或LG₃＝0且LG₄＝0或LG₃＝1且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₁＝1；

所述封锁逻辑变量LG₂具体为：当LG₃＝0且LG₄＝0时，封锁逻辑变量LG₂＝1；当LG₃＝0且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₂＝1；当LG₃＝1且LG₄＝0时，封锁逻辑变量LG₂＝0；当LG₃＝1且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₂＝1；

所述保持或直通环节具体为：当LG₁＝0时，P_{pv_}等于实时光伏发电功率P_pv，当LG₁＝1时，P_{pv_}等于上一时刻P_{pv_}的值。

如图3所示，进一步实施例中，所述并网功率限制器采用比例积分控制器4，封锁逻辑变量LG₂是比例积分控制器复位信号，当LG₂等于0时比例积分控制器输出复位为0；

所述电池下垂控制器得到中间变量V₁的具体过程为：并网功率指令值P_diff与系数m_bat相乘得到ΔV₁，ΔV₁再与ΔV_pv、ΔV_g两者求和并限幅后得到电池下垂控制器的输出V₁；

所述电池功率限制器采用比例积分控制器5，比例积分控制器的输入信号为电池放电功率差值P_{bat_m}-P_bat，比例积分控制器的输出信号为V₂，V₂的上限为0，不设下限；

所述光伏下垂控制器得到中间变量ΔV₂的具体过程为：负载功率P_ld与系数m_pv相乘、限幅后得到光伏下垂控制器输出ΔV₂。

如图4所示，进一步实施例中，生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将输出到高压交流电网a9的有功功率指令值P_gref与有功功率实际值P_g相减，其差值送入比例积分控制器6得到输出信号v_d，将输出到高压交流电网a9的无功功率指令值Q_gref与无功功率实际值Q_g相减，其差值送入比例积分控制器7得到输出信号v_q，v_d、v_q经过dq-ab坐标变换得到每个混合功率单元的H桥a1和H桥a5的调制波信号，该信号经过高频调制后得到H桥a1和H桥a5开关管的驱动脉冲信号。

如图5所示，进一步实施例中，生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将直流母线a8的电压指令值V_ref与实际值V_O求差后送入比例积分控制器8得到双有源桥a4的调制波信号分量v_r1，将直流母线a8的功率指令值P_O ^*与实际值P_O求差后送入比例积分控制器9得到双有源桥a4的调制波信号分量v_r2，将双有源桥a4的调制波信号分量v_r1与v_r2求和后经过高频调制后得到双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号。。

如图6所示，进一步实施例中，生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将电解电容C_p1的电压v_dc1和C_b1的电压v_dc2的平均值的指令值V_dcref与平均值的实际值(V_dc1+V_dc2)/2求差，其差值经过比例积分控制器10得到电池端口电流参考值i_Bfef，将电池端口电流参考值i_Bref与电池端口电流实际i_B求差，其差值经过比例积分控制器11得到双有源桥a6的调制波信号，该信号经过高频调制后得到双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号。

本发明既可以辅助配电网调频调压(极端情况：在线转换到离线)，又能为各类交、直流负载提供高品质电压源。本发明的能量管理策略根据负载和电网的实时需求实现并网/离网运行模式的平滑切换；本发明能量管理策略根据既定功率-电压曲线确定各混合功率单元的子单元的负载功率分配，实现以混合功率单元的子单元为控制单位的自主最优功率调度。所述微型智能电站能实现高电平的输出，无需工频变压器即可接入中压配电网、使用较小的滤波电感就能保证并网电流的质量。不仅如此，相比较传统光伏电站，所提微型智能电站拓扑结构集成了分布式发电、储能和负载端口，其端口类型多、节省功率变换环节，所提分层能量管理策略能实现功率的分布式调度，从而微型光伏储能混合智能电站的功率密度和运行效率均得到了较大提升。值得到注意的是，本发明所提的混合功率单元的子单元易于模块化扩展，因此可以适用于更高电压等级、更大功率的场合。

实施例1

负载功率减小或增大，导致混合功率单元的各端口功率重新分布；当太阳能光伏板最大发电功率P_{pv_m}为其额定值时，以一个混合功率单元为例说明负载功率减小或增大对其各端口功率分布情况的影响。

如图7所示，当负载功率P_ld为0，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点位于A₁点、在交流功率-电压曲线的运行点位于A₂点，输出到高压交流电网有功功率大小为P_ac1，电池充电功率为P_ch，光伏发电功率大小为_Ppv-1，端口功率之间的关系满足：P_pv-1＝P_ch+P_ac1；

当负载功率增大到P_ld-2，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从A₁点沿着曲线移动到B₁点、在交流功率-电压曲线的运行点从A₂点沿着曲线移动到B₂点，输出到高压交流电网有功功率和电池充电功率均保持不变，光伏发电功率从P_pv-1增大到P_pv-2，端口功率之间的关系满足：P_pv-2＝P_ch+P_ac1+P_ld-2；

当负载功率增大到P_ld-3，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从B₁点沿着曲线移动到C_1m点、在交流功率-电压曲线的运行点从B₂点沿着曲线移动到C₂点，输出到高压交流电网有功功率大小和电池充电功率均保持不变，光伏发电功率从P_pv-2增大到最大值P_pv-m，端口功率之间的关系满足：P_pv-m＝P_ch+P_ac1+P_ld-3；

当负载功率增大到P_ld-4，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从C_1m点沿着曲线移动到D_1m点、在交流功率-电压曲线的运行点从C₂点沿着曲线移动到D₂点，电池充电功率保持不变，光伏发电功率保持不变，输出到高压交流电网有功功率减小为0，端口功率之间的关系满足：P_pv-m＝P_ch+Pl_d-4；

当负载功率增大到P_ld-5，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从D_1m点沿着曲线移动到E_1m点、在交流功率-电压曲线的运行点从D₂点沿着曲线移动到E₂点，电池充电功率保持不变，光伏发电功率保持不变，输出到高压交流电网有功功率减小到最小值P_ac2，端口功率之间的关系满足：P_pv-m＝P_ch+P_ld-5+P_ac2；

当负载功率增大到P_ld-6，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从E_1m点沿着曲线移动到F_1m点、在交流功率-电压曲线的运行点从E₂点沿着曲线移动到F₂点，光伏发电功率保持不变，输出到高压交流电网有功功率保持不变，在F_1m点电池充电功率减小为0，端口功率之间的关系满足：P_pv-m＝P_ld-6+P_ac2；

当负载功率增大到P_ld-7，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从F_1m点沿着曲线移动到G_1m点、在交流功率-电压曲线的运行点从F₂点沿着曲线移动到G₂点，光伏发电功率保持不变，输出到高压交流电网有功功率大小保持不变，电池放电功率增大到最大值P_B-m，负载功率增大到极限值：P_ld-7＝P_pv-m-P_ac2+P_B-m。

实施例2

负载功率减小或增大，导致混合功率单元的各端口功率重新分布；受到实际运行环境影响，光伏发电最大功率存在小于额定值的情况，下面就针对这种情况，以一个混合功率单元为例说明负载功率减小或增大对其各端口功率分布情况的影响。

如图8所示，当负载功率为0，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点位于A₁点、在交流功率-电压曲线的运行点位于A₂点，输出到高压交流电网有功功率大小为P_ac1，电池充电功率为P_ch，光伏发电功率大小为P_pv-1，端口功率之间的关系满足：P_pv-1＝P_ch+P_ac1；

当负载功率增大到P_ld-2，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从A₁点沿着曲线移动到B₁点、在交流功率-电压曲线的运行点从A₂点沿着曲线移动到B₂点，输出到高压交流电网有功功率和电池充电功率均保持不变，光伏发电功率从P_pv-1增大到P_pv-2，P_pv-2为光伏发电最大功率，端口功率之间的关系满足：P_pv-2＝P_ch+P_ac1+P_ld-2；

当混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从B₁点沿着曲线移动到C₁点、在交流功率-电压曲线的运行点从B₂点沿着曲线移动到C₂点时，负载功率、输出到高压交流电网有功功率、电池充电功率以及光伏发电功率均保持不变；

当负载功率增大到P_ld-3，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从C₁点沿着曲线移动到D₁点、在交流功率-电压曲线的运行点从C₂点沿着曲线移动到D2点，电池充电功率保持不变，光伏发电功率保持不变，输出到高压交流电网有功功率减小为0，端口功率之间的关系满足：P_pv-2＝P_ch+P_ld-3；

当负载功率增大到P_ld-4，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从D₁点沿着曲线移动到E₁点、在交流功率-电压曲线的运行点从D2点沿着曲线移动到E2点，电池充电功率保持不变，光伏发电功率保持不变，输出到高压交流电网有功功率减小到最小值P_ac2，端口功率之间的关系满足：P_pv-2＝P_ch+P_ld-4+P_ac2；

当负载功率增大到P_ld-5，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从E₁点沿着曲线移动到F₁点、在交流功率-电压曲线的运行点从E₂点沿着曲线移动到F₂点，光伏发电功率保持不变，输出到高压交流电网有功功率保持不变，在F_1m点电池充电功率减小为0，端口功率之间的关系满足：P_pv-2＝P_ld-5+P_ac2；

当负载功率增大到P_ld-6，混合功率单元在直流功率-电压曲线的运行点从F₁点沿着曲线移动到G₁点、在交流功率-电压曲线的运行点从F₂点沿着曲线移动到G₂点，光伏发电功率保持不变，输出到高压交流电网有功功率大小保持不变，电池放电功率增大到最大值P_B-m，负载功率增大到极限值：P_ld-6＝P_pv-2-P_ac2+P_B-m。

Claims (9)

1.一种光伏储能混合型智能电站拓扑结构，其特征在于，包括结构完全相同的三相a、b和c，每相均包含N个混合功率单元1,...,N和直流母线a8；

N个混合功率单元1,...,N依次连接，所述每相混合功率单元1的一个交流输出端连接于一点O，每个混合功率单元1,...,N的直流输出端与直流母线a8连接，每相第n个混合功率单元的一个交流输出端与第n-1个混合功率单元的另一个交流输出端连接，n∈[2,N]，每相混合功率单元N的交流电压输出端与高压交流电网a9连接。

2.根据权利要求1所述的光伏储能混合型智能电站拓扑结构，其特征在于，每个混合功率单元均包含H桥a1、H桥a5、电解电容C_p1、电解电容C_p2、电解电容C_d1、电解电容C_b1、电解电容C_b2、双有源桥a2、双有源桥a4、双有源桥a6、太阳能光伏板a3和电池a7；

所述H桥a1的正负极分别与电解电容C_p1的正负极、双有源桥a2、双有源桥a4的一个端口连接，所述双有源桥a2的另一个端口分别与电解电容C_p2的正负极、太阳能光伏板a3电压输出端正负极连接，所述双有源桥a4的另一个端口分别与解电容C_d1的正负极、直流母线的正负极连接，所述H桥a1的一个交流输出端与H桥a5的一个交流输出端连接，所述H桥a5的正负极分别与电解电容C_b1的正负极和双有源桥a6的一个端口连接，所述双有源桥a6的另一个端口分别与电解电容C_b2的正负极、电池a7电压输出端正负极连接，H桥a1的另一个交流输出端连接于一点O。

3.一种如权利要求1、2所述的光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管理策略，其特征在于，包括：

生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号，生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号，计算直流母线电压指令值，生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号，生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号。

4.一种如权利要求3所述的光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管理策略，其特征在于，生成双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

根据电池的荷电状态和电池充电曲线得到电池的充电功率P_ch，将电池的充电功率P_ch和实际功率P_B求差，其差值经过比例积分控制器1后得到太阳能光伏板两端的最优电压增量Δv_mppt，Δv_mppt的下限为0，不设上限；定义Δv_mppt≥0时，封锁逻辑变量LG₃＝1，Δv_mppt<0时，封锁逻辑变量LG₃＝0；根据太阳能光伏板的端电压v_pv、端电流i_pv和封锁逻辑变量LG₃对太阳能光伏板进行最大功率点跟踪后得到太阳能光伏板两端的最优电压v_mppt，如果LG₃＝0，则使能MPPT，如果LG₃＝1，则禁用MPPT，将太阳能光伏板两端的最优电压增量Δv_mppt和最优电压v_mppt相加后得到太阳能光伏板的端电压指令值v_pvref，将太阳能光伏板的端电压指令值v_pvref和实际值v_pv求差，其差值经过比例积分控制器2后得到太阳能光伏板端电流的指令值i_pvfef，将太阳能光伏板端电流的指令值i_pvfef与太阳能光伏板端电流实际值i_pv求差，其差值经过比例积分控制器3后得到双有源桥a2的调制波信号，该信号经过高频调制后得到双有源桥a2开关管的驱动脉冲信号。

5.一种如权利要求4所述的光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管理策略，其特征在于，计算直流母线电压指令值的具体方法为：将太阳能光伏板发电功率P_pv与封锁逻辑变量LG₁经过保持或直通选择环节后的得到P_{pv_}，将P_{pv_}与电池充电功率P_ch相加后的值与负载功率P_ld求差作为并网功率指令值P_diff，将并网功率指令值P_diff与封锁逻辑变量LG₂相乘后得到P_diff·LG₂，将P_diff·LG₂与封锁逻辑变量LG₂送入并网功率限制器后得到ΔV_gref，定义ΔV_gref>0时，封锁逻辑变量LG₄＝0；ΔV_gref＝0时，封锁逻辑变量LG₄＝1；P_diff·LG₂送入电池下垂控制器得到中间变量V₁，将电池最大放电功率P_{bat_m}与电池放电功率P_bat送入电池功率限制器后得到中间变量V₂，将负载功率P_ld经过光伏下垂控制器后得到中间变量ΔV₂，将ΔV₂与ΔV_gref相加所得到值限幅后得到中间变量V₃，将直流母线电压基准值V₀、中间变量V₁、中间变量V₂、中间变量V₃求和后，所得到的值为直流母线电压指令值V_ref；

所述封锁逻辑变量LG₁具体为：当LG₃＝0且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₁＝0；当LG₃＝1且LG₄＝0或LG₃＝0且LG₄＝0或LG₃＝1且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₁＝1；

所述封锁逻辑变量LG₂具体为：当LG₃＝0且LG₄＝0时，封锁逻辑变量LG₂＝1；当LG₃＝0且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₂＝1；当LG₃＝1且LG₄＝0时，封锁逻辑变量LG₂＝0；当LG₃＝1且LG₄＝1时，封锁逻辑变量LG₂＝1；

所述保持或直通环节具体为：当LG₁＝0时，P_{pv_}等于实时光伏发电功率P_pv，当LG₁＝1时，P_{pv_}等于上一时刻P_{pv_}的值。

6.一种如权利要求5所述的光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管理策略，其特征在于，所述并网功率限制器采用比例积分控制器4，封锁逻辑变量LG₂是比例积分控制器复位信号，当LG₂等于0时比例积分控制器输出复位为0；

所述电池下垂控制器得到中间变量V₁的具体过程为：并网功率指令值P_diff与系数m_bat相乘得到ΔV₁，ΔV₁再与ΔV_pv、ΔV_g两者求和并限幅后得到电池下垂控制器的输出V₁；

所述电池功率限制器采用比例积分控制器5，比例积分控制器的输入信号为电池放电功率差值P_{bat_m}-P_bat，比例积分控制器的输出信号为V₂，V₂的上限为0，不设下限；

所述光伏下垂控制器得到中间变量ΔV₂的具体过程为：负载功率P_ld与系数m_pv相乘、限幅后得到光伏下垂控制器输出ΔV₂。

7.一种如权利要求3所述的光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管理策略，其特征在于，生成H桥a1、H桥a5开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将输出到高压交流电网a9的有功功率指令值P_gref与有功功率实际值P_g相减，其差值送入比例积分控制器6得到输出信号v_d，将输出到高压交流电网a9的无功功率指令值Q_gref与无功功率实际值Q_g相减，其差值送入比例积分控制器7得到输出信号v_q，v_d、v_q经过dq-ab坐标变换得到每个混合功率单元的H桥a1和H桥a5的调制波信号，该信号经过高频调制后得到H桥a1和H桥a5开关管的驱动脉冲信号。

8.一种如权利要求3所述的光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管理策略，其特征在于，生成双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将直流母线a8的电压指令值V_ref与实际值V_O求差后送入比例积分控制器8得到双有源桥a4的调制波信号分量v_r1，将直流母线a8的功率指令值P_O ^*与实际值P_O求差后送入比例积分控制器9得到双有源桥a4的调制波信号分量v_r2，将双有源桥a4的调制波信号分量v_r1与v_r2求和后经过高频调制后得到双有源桥a4开关管的驱动脉冲信号。

9.一种如权利要求3所述的光伏储能混合型智能电站拓扑结构的能量管理策略，其特征在于，生成双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号的具体方法为：

将电解电容C_p1的电压v_dc1和C_b1的电压v_dc2的平均值的指令值V_dcref与平均值的实际值(V_dc1+V_dc2)/2求差，其差值经过比例积分控制器10得到电池端口电流参考值i_Bfef，将电池端口电流参考值i_Bref与电池端口电流实际i_B求差，其差值经过比例积分控制器11得到双有源桥a6的调制波信号，该信号经过高频调制后得到双有源桥a6开关管的驱动脉冲信号。

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